Müsste ein Raumschiff interstellaren Wolken ausweichen?

Ja.

Wie bereits erwähnt, hängt der Schaden, den ein interstellares Raumschiff erleidet, von seiner Geschwindigkeit ab$v$, sowie die Anzahl der Gas- und Staubpartikel, denen es auf seinem Weg begegnet. Diese Zahl wird normalerweise pro Fläche gemessen, in diesem Fall wird sie als Säulendichte bezeichnet $N$, und ist gleich der Gesamtstrecke$d$gereist mal die Teilchendichte$n$, dh$N = nd$. Wenn zum Beispiel ein Raumschiff 1 Lichtjahr ($10^{18}\,\mathrm{cm}$) durch eine Region mit einer Dichte von$10\,\mathrm{cm}^{-3}\!$, wird jeder Quadratzentimeter des Raumschiffs begegnen$10^{19}$Partikel.

Das heißt, je schneller Sie fahren, je weiter Sie fahren und je dichtere Regionen Sie durchqueren, desto mehr wird Ihr Raumschiff beschädigt.

Das Breakthrough Starshot -Projekt zielt darauf ab, unser nächstgelegenes Sternensystem zu erreichen$\alpha$Centauri in ~20 Jahren, mit einem grammgroßen Satelliten$0.20c$mittels Lichtsegel. Heute gab es eine Arbeit von Hoang et al. Berechnung des Schadens, den ein solcher Satellit erleidet. Die Gesamtsäulendichte von Gas von der Erde bis$\alpha$Zen ist$\sim10^{17.5\mathrm{-}18}\mathrm{cm}^{-2}$, und unter der Annahme (ziemlich) eines Staub-zu-Gas-Verhältnisses von 1 % und einer kohlenstoffhaltigen/silikathaltigen Staubkornpopulation mit einer Größenverteilung von Weingartner & Draine (2001) , berechnen sie, dass diese Reise zu$\alpha$Cen wird die Oberfläche des Raumfahrzeugs bis zu einer Dicke in der Größenordnung von 1 mm erodieren .

Die meisten Schäden werden durch Staub verursacht, nicht durch Gas, aber im Prinzip kann Gas das Raumschiff langsam aufheizen. Allerdings bei$v=0.2c$, solange die Dichte ist$\lesssim10\,\mathrm{cm}^{-3}$, die Temperatur reicht nicht aus, um ein Schmelzen zu bewirken.

Molekülwolken – die dichten Wolken, in denen Sterne geboren werden – haben Dichten von$10^2\,\mathrm{cm}^{-3}$und sogar bis zu$10^6\,\mathrm{cm}^{-3}$, dh viele Größenordnungen höher als die ungefähr$1\,\mathrm{cm}^{-3}$im verdünnteren interstellaren Medium gefunden. Um noch weiter entfernte Sterne in erträglicher Zeit zu erreichen, müsste man schon schneller sein als$0.2c$, und so scheint es tatsächlich eine gute Idee zu sein, diesen Wolken auszuweichen.

Verwandte: https://physics.stackexchange.com/questions/26326/how-dense-are-nebulae

Vergleichen wir Nebel mit der Luftdichte, wo die ISS umkreist, bei 400.000 Metern. Laut Wikipedia wird der Luftdruck in einer bestimmten Höhe durch die Gleichung angegeben

oder$101.325\left(1 - \frac{0.0065×400000}{288.15}\right)^{(9.80665×0.0289644)/(8.31447×0.0065)}$.

Google Calculator mag das nicht ^, aber wenn man es Stück für Stück einfügt, erhält man -5737666,10745. Dann lassen Sie uns die Dichte mit der Gleichung finden

oder$\frac{-5737666.10745×0.0289644}{8.31447×2473.15}$das ist -8,08192432875. Leider sagt mir Wikipedia nicht, in welcher Einheit diese Zahl ist (nur dass es sich um eine "molare Form" und um Dichte handelt), also stecke ich hier leider komplett fest und kann die Frage nicht zu Ende beantworten. Hoffentlich hat diese Teilantwort jemandem geholfen, eine vollständige Antwort zu geben.